薄膜电容器中的高分子材料解析

如今新能源车发展迅猛,加上风电、光伏的大范围投资建设,带动了一类被动元器件的市场发展,那就是薄膜电容器,近年增长率均在20%以上,呈阶梯式增长。

根据中国电子元件行业协会数据,2024 年全球的电容器市场规模已达 2,615 亿元,2024 年全球薄膜电容器、电解电容和陶瓷电容各类电容器市场份额占比分别为 11.0%、31.8%和 43.8%; 其中薄膜电容器增速最高,2024 年薄膜电容器市场规模为 288.52 亿元,同比增长 11.02%。

薄膜电容是一种以聚合物薄膜为电介质的电容器,具有结构简单、体积小、容量大,高频特性好且稳定性好等优点,是电子电路不可或缺的一部分,在电子、家电、通讯、电力等多个领域得到广泛应用。


薄膜电容在新能源车电机控制器上的应用

它的结构主要是将电容膜卷绕在一起,外加灌封材料、外壳等,其中电容膜是在塑料薄膜上蒸镀一层金属,塑料薄膜充当介质材料,镀层金属作为电极,从而形成一个微型电容器。


薄膜电容的结构及生产示意图


电容器的工作原理

所以,本文对薄膜电容器中的高分子材料应用进行整理,包括电容膜(PP、PET、PEN、PEI)、屏蔽油(全氟聚醚)、灌封料(环氧树脂)、外壳材料(PPS、PBT)等。

一、电容膜

电容膜是薄膜电容器的核心组成部分,是塑料粒子通过双向拉伸工艺制备,作为金属镀层的承载基底与核心绝缘层,其分子结构决定了薄膜的介电性能、力学强度、耐高温性等关键指标。

电容膜的主流材料为聚丙烯(PP),除此之外,还有使用聚酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚苯硫醚(PPS)与聚醚酰亚胺(PEI),以适配不同应用场景的性能需求。

不同材料介电薄膜的比较,来源胜业电气

双向拉伸工艺进一步规整了分子链排列,提升了薄膜的纵向与横向强度,适配电容器卷绕、蒸镀的加工要求,广泛应用于中低压、中高频薄膜电容器,如电力电子领域的变频器直流母线电容、光伏逆变器高频滤波电容,消费电子中的空调、冰箱启动电容、LED 驱动电源电容等。

据不完全统计,电容膜厂商主要有:泉州嘉德利、铜峰电子、龙辰科技、海伟电子、大东南、佛塑科技、中仑新材、百正电子新材料、四川东材、南洋华诚、达孚新材、华生科技、仪化东丽、SABIC等。


BOPP 薄膜,来源嘉德利


图为PEI薄膜,来源SABIC  

二、屏蔽油

金属化薄膜是薄膜电容器的主要原材料之一,通常是在塑料薄膜上通过真空蒸镀工艺制备金属镀层,其中,基膜上有部分区域不能蒸镀上金属镀层的被称为空白留边部。空白边一般用屏蔽油(又叫绝缘油)来覆盖,从而避免被蒸镀到金属。


金属化薄膜的金属镀层及图案

屏蔽油一般采用全氟聚醚(PFPE),这是一种由碳、氟、氧组成的高性能含氟特种流体,分子结构高度稳定,具有极低的表面张力、极低的蒸气压、优异的热稳定性与化学惰性,耐高温、耐强腐蚀、不燃、绝缘性好。

全氟聚醚在真空、高温、强氧化、强腐蚀等苛刻工况下仍能保持稳定,常被用作真空屏蔽油、高温润滑脂、密封液、导热液、防粘涂层等,广泛应用于电容膜蒸镀、半导体、航空航天、高端机械、电子电气等领域。

目前业界主流的全氟聚醚供应商有世索科、大金、科慕,比如世索科的Fomblin® Y04

三、灌封料

薄膜电容器灌封材料是电容封装环节的核心功能材料,通常采用环氧树脂,主要作用是填充电容芯子与外壳之间的空隙,为芯子、金属化镀层、引出电极提供绝缘防护、防潮防水、导热散热、抗震缓冲、阻燃防腐、应力缓释保护,同时固定芯子位置、隔绝外界环境侵蚀。

目前相关供应商有铜陵市汇格新电子材料有限公司、石家庄惠得科技有限公司、道生天合材料科技(上海)股份有限公司、湖南惠升新材料有限公司、普利泰电子材料江苏有限公司等。

四、外壳材料

薄膜电容器的封装方式主要分为三大类:环氧树脂灌封(无外壳)、塑料外壳封装(带外壳 + 填充树脂)和金属外壳封装(带外壳 + 填充树脂 / 油)。

表:薄膜电容封装方式对比


其中,塑料外壳的材料有PBT、PPS等,随着薄膜电容在新能源车上的应用发展,耐高温、高稳定性的 PPS 外壳正在快速增长。


图摄于世索科展台

目前相关的PPS材料企业有:世索科、东丽、金发、沃尔夫、沃特、欧瑞达、聚真科技、苏州纳磐等,做电容外壳的企业有:厦门淳诚精工、东莞乾福塑胶等。